로봇을 위한 힘 토크 감지: 중요한 이유 및 사용 방법

힘-토크 감지란?

힘-토크(F/T) 센서는 로봇의 한 지점에서 기계적 부하의 6개 구성 요소를 측정합니다. 즉, 각 축을 따라 3개의 힘(Fx, Fy, Fz)과 각 축을 중심으로 3개의 토크(Tx, Ty, Tz)를 측정합니다. 로봇의 손목(마지막 팔 링크와 엔드 이펙터 사이)에 장착된 F/T 센서는 그리퍼와 환경 사이의 기계적 상호 작용, 즉 로봇이 적용하는 힘의 양, 방향, 굽힘 모멘트의 양에 대한 완전한 그림을 제공합니다.

이 정보는 카메라에 표시되지 않으며 관절 모터 전류만으로는 안정적으로 추론할 수 없습니다(Franka와 같은 일부 최신 팔은 F/T와 유사한 거친 신호를 제공하는 손목 수준의 관절 토크 추정치를 제공하지만). 손목에 있는 전용 F/T 센서는 규정 준수 제어, 접촉 감지, 품질 파악 모니터링 및 학습된 조작 정책에 대한 추가 관찰 채널로 사용할 수 있는 보정된 고대역폭 힘 데이터를 제공합니다.

F/T 감지가 필요한 경우

F/T 감지는 접촉이 많은 조작 작업(페그인홀 삽입, 짝짓기 커넥터, 병 열기, 나사 스레딩, 서랍 슬라이딩, 표면 연마 및 로봇이 단지 위치 궤적을 따르는 것이 아니라 제어된 힘을 적용해야 하는 조립 작업)에 가장 유용합니다. 이러한 작업에서는 작은 위치 오류로 인해 위치 제어 로봇이 힘 피드백 없이는 보상할 수 없는 큰 접촉력이 발생합니다. 즉, 로봇이 대상을 완전히 놓치거나 과도한 힘을 가하여 어셈블리를 손상시킵니다.

허용 오차가 넉넉한 순수 픽 앤 플레이스 작업의 경우 전용 F/T 감지가 불필요한 경우가 많습니다. 관절 토크 모니터링은 기본적인 충돌 감지에 충분하며, 적절한 그리퍼 강성을 갖춘 잘 보정된 파지는 명시적인 힘 제어 없이 대부분의 물체 처리를 처리합니다. 작업에 정확한 삽입, 접촉 유지 동작 또는 힘 제어 표면 추적이 포함되는 경우 전용 F/T 감지를 추가하세요.

하드웨어 옵션

ATI Mini45 및 Mini85는 높은 정확도, 높은 대역폭(7kHz) 및 광범위한 문서를 제공하는 연구용 F/T 감지의 표준입니다. 가격은 비싸지만(측정 범위와 커넥터에 따라 $3,000~$7,000) 안정적이고 지원이 잘됩니다. Robotiq FT 300-S는 대역폭은 낮지만 USB 및 이더넷을 통한 통합이 더 쉽고 직접적인 ROS 지원을 통해 보다 저렴한 옵션($2,000~$3,000)입니다. OnRobot Hex 시리즈는 F/T 감지를 그리퍼 암 인터페이스에 직접 통합하여 구성 가능성을 낮추면서 배선을 단순화합니다.

예산이 제한된 연구의 경우 Bota Systems 및 Wacoh Tech와 같은 회사의 최신 저비용 F/T 센서가 크게 향상되었으며 이제 많은 연구 응용 분야에 적합합니다. 센서를 선택할 때 측정 범위를 작업에 맞추십시오. 무거운 탑재량을 잡는 데 사용되는 지나치게 민감한 센서는 포화됩니다. 정밀 조립에 사용되는 둔감한 센서는 중요한 접촉 이벤트를 감지하지 못합니다.

조작 정책과의 통합

F/T 데이터는 두 가지 방법으로 학습된 조작 정책에 통합될 수 있습니다. 가장 일반적인 접근 방식은 F/T 판독값을 이미지 및 결합 상태와 함께 추가 관찰 채널로 포함하는 것입니다. 정책은 각 시간 단계에서 6차원 F/T 벡터를 수신하고 이를 암시적으로 사용하는 방법을 학습합니다. 이는 구현하기 간단하며 F/T 데이터가 정책이 활용 방법을 학습할 수 있는 유용한 신호를 제공할 때 잘 작동합니다.

보다 구조화된 접근 방식은 F/T 데이터를 사용하여 기존 준수 제어 계층을 매개변수화합니다. 학습된 정책은 공동 위치가 아닌 원하는 렌치 또는 준수 매개변수를 출력하고 기존 임피던스 컨트롤러는 지정된 준수를 유지하면서 이를 공동 명령으로 변환합니다. 이 하이브리드 아키텍처는 작업 계획(학습)을 접촉 역학 처리(클래식)에서 분리하여 종종 순수한 엔드투엔드 학습보다 접촉이 많은 작업에서 더 안정적인 동작을 생성합니다.

접촉이 많은 작업 및 SVRC의 감지 스택

SVRC는 플러그 삽입, 서랍 열기, 제어된 힘 적용이 필요한 조립 작업 등 접촉이 많은 조작 작업에 대한 데이터 수집을 위해 F/T 장착 로봇 스테이션을 배포했습니다. 표준 감지 스택에는 각 로봇 팔의 손목에 ATI Mini45가 포함되어 있으며, F/T 데이터는 500Hz에서 카메라 및 관절 상태와 함께 동기적으로 기록됩니다. 이 로깅 속도는 접촉 과도 현상을 캡처하는 데 충분하며 표준 데이터 세트 내보내기에 포함됩니다.

접촉이 많은 조작에 대한 연구를 수행하는 팀의 경우 SVRC의 Mountain View 시설에 있는 F/T 장착 스테이션을 당사를 통해 이용할 수 있습니다. 로봇 임대 프로그램. 또한 맞춤형 하드웨어 설정을 위한 F/T 센서 선택 및 통합에 대한 상담도 제공합니다. 연락하세요 SVRC 엔지니어링 팀 특정 연락처가 많은 조작 요구 사항에 대해 논의하거나 당사를 찾아보십시오. 하드웨어 카탈로그 사용 가능한 센서 구성을 확인하세요.